The present paper carries out a particle-in-cell (PIC) simulation in order to validate the recently formulated theory of electromagnetic fluctuations emitted spontaneously in thermal magnetized plasmas (Yoon and López 2017 Phys. Plasmas24 022117). Numerical plots of theoretically constructed fluctuation spectra and computer simulated fluctuation spectra are compared. While the two results produce an overall favorable agreement for subluminous regime in angular frequency versus wave number space, namely, the domain characterized by phase speed less than the speed of light in vacuo, the present PIC simulation also shows that fluctuation spectra are highly enhanced in the close vicinity of linear eigenmodes, which includes superluminal range that does not satisfy the linear cyclotron wave-particle resonance condition. Since the theory of electromagnetic spontaneous emission, which is based upon linear plasma response and linear wave-particle resonant interactions, strictly forbids emissions in such a regime, the PIC code simulation can only be understood in terms of nonlinear wave-particle interaction. This calls for nonlinear generalization of the spontaneous emission theory.
本論文は、熱磁化プラズマにおいて自発的に放出される電磁ゆらぎの最近定式化された理論 (Yoon and López 2017 Phys. Plasmas 24 022117) を検証するために、粒子インセル (PIC) シミュレーションを実施する。理論的に構築されたゆらぎスペクトルとコンピュータシミュレーションによるゆらぎスペクトルの数値プロットが比較される。2つの結果は、角周波数と波数の空間における亜光速領域、すなわち位相速度が真空中の光速より小さい領域に対して全体的に良好な一致を示す一方で、本PICシミュレーションはまた、ゆらぎスペクトルが線形固有モードの近傍で強く増強されることを示しており、その近傍は線形サイクロトロン波-粒子共鳴条件を満たさない超光速領域を含む。線形プラズマ応答と線形波-粒子共鳴相互作用に基づく電磁自発放出理論は、そのような領域での放出を厳密に禁止するため、PICコードシミュレーションは非線形波-粒子相互作用の観点からのみ理解され得る。これは自発放出理論の非線形一般化を必要とする。